KR20030048471A - Polymerisation catalyst systems and their preparation - Google Patents
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Abstract
Description
소공 크기의 좁고 선택된 분포를 지닌 무기 메조다공성 고체의 합성은 US-A-3,556,725호에서 실바니아 일렉트릭 프로덕츠(Sylvania Electric Products)에 의해 최초 달성되었다.Synthesis of inorganic mesoporous solids with a narrow and selected distribution of pore size was first achieved by Sylvania Electric Products in US-A-3,556,725.
모빌(Mobil)은 90년대에 무기 메조다공성 고체의 기술 분야에서 광범위한 연구를 수행하였다. 이러한 연구는 보다 구체적으로 문헌[Nature, 1992, vol. 359, pp. 710~712]에 설명되어 있는 조성물 MCM 41(Mobil Composition of Matter 41)의 합성을 유도하였으며, 많은 과학 간행물 및 예를 들면 US-A-5,057,296호와 같은 특허에 충분하게 개시되어 있다.Mobil conducted extensive research in the technical field of inorganic mesoporous solids in the 90's. This study is more specifically described in Nature, 1992, vol. 359, pp. 710-712 have led to the synthesis of the composition MCM 41 (Mobil Composition of Matter 41), which is fully disclosed in many scientific publications and patents such as, for example, US-A-5,057,296.
현재, 해당 기술 분야에는 2~10 nm의 좁은 소공 크기 분포를 지닌 무기 메조다공성 산화물 고체가 잘 알려져 있다. 상기 고체는 촉매 또는 촉매 지지체로서, 그리고 흡착제로서 사용되고 있다. 상기 고체는 제어된 소공 부피 분포와 함께 큰비표면적을 특징으로 하므로, 강화된 촉매 활성 또는 흡착 작용을 할 수 있다. 그러한 물질의 중합 촉매용 지지체로서의 용도는, 예를 들면 문헌["Stereospecific propene polymerisation catalysis using an organometallic modified mesoporous silicate"; Tudor J. 및 O'Hare D., Chem. Commun., 1997, pp. 603-604]에 기술되어 있다.Currently, inorganic mesoporous oxide solids with a narrow pore size distribution of 2-10 nm are well known in the art. The solid is used as a catalyst or catalyst support and as an adsorbent. The solids are characterized by a large specific surface area with a controlled pore volume distribution, thus enabling enhanced catalytic activity or adsorption. Use of such materials as supports for polymerization catalysts is described, for example, in "Stereospecific propene polymerisation catalysis using an organometallic modified mesoporous silicate"; Tudor J. and O'Hare D., Chem. Commun., 1997, pp. 603-604.
규산 메조다공성 물질의 합성은 일반적으로 테트라오르토 실리케이트(TEOS), 테트라알킬암모늄 또는 나트륨 실리케이트이거나 또는 실리카 침전물을 출발 물질로서 사용한다.The synthesis of silicic acid mesoporous materials is generally tetraortho silicate (TEOS), tetraalkylammonium or sodium silicate or silica precipitates are used as starting materials.
TEOS는 가격이 비싸고 가수분해하는 동안 에탄올을 발생시키는 단점을 갖고 있지만, 중성 또는 산성 용액 중에 사용되는 경우 수 마이크론 이하의 메조다공성 입자를 생성할 수 있다. TEOS의 또 다른 단점은 중성 또는 산성 환경에 사용되는 경우 계면활성제 누적으로 인해 효율이 불량하다는 점이다.TEOS is expensive and has the disadvantage of generating ethanol during hydrolysis, but can produce mesoporous particles of several microns or less when used in neutral or acidic solutions. Another disadvantage of TEOS is its poor efficiency due to surfactant accumulation when used in neutral or acidic environments.
보다 저렴한 실리케이트는 염기 환경에서 사용되어야 한다. 왜냐하면, 상기 실리케이트는 1 마이크론 이하인 불규칙한 형상의 입자를 생성하기 때문이다.Cheaper silicates should be used in a base environment. This is because the silicates produce irregular shaped particles that are less than 1 micron.
또한, 입자 크기 및 형태에 미치는 pH의 영향은, 예를 들면 문헌[Di Renzo 등, Microporous and Mesoporous Materials, 1999, No.28, pp.437~446]에서 연구되었다.In addition, the effect of pH on particle size and morphology has been studied, for example, in Di Renzo et al., Microporous and Mesoporous Materials, 1999, No. 28, pp. 437-446.
15~20 마이크론보다 큰 메조다공성 입자의 제법은 추가의 결합 단계를 필요로 한다. 몇가지 결합 방법이 이용되고 있는데, 이들 방법은 모두 다음과 같은 다양한 결점들을 갖고 있다:The preparation of mesoporous particles larger than 15-20 microns requires an additional binding step. Several binding methods are used, all of which have various drawbacks, including:
- 메조다공성 입자의 압출 방법은 결합제, 액체 및 임의의 첨가제를 사용하는 것이 필요하다. 상기 압출 방법은 신장된 압출물을 제조하는 데 이용되지만, 상기 압출물은 가변적인 길이를 갖는다.The extrusion method of mesoporous particles requires the use of binders, liquids and optional additives. The extrusion method is used to make elongated extrudate, but the extrudate has a variable length.
- 과립화기 접시 상에서 메조다공성 입자를 결합제, 액체 및 임의의 첨가제로 응집화시키는 방법은 구상 과립을 제조하는 데 이용되지만, 이러한 과립은 넓은 크기 분포를 갖는다.A method of agglomerating mesoporous particles with a binder, a liquid and any additives on a granulator dish is used to prepare spherical granules, but these granules have a wide size distribution.
- 메조다공성 입자를 결합제 및 임의로 액체로 가압 하에 치밀화시키는 방법은 약학 용도로 수 mm 이상의 입자를 제조하는 데 이용된다.The method of densifying mesoporous particles under pressure with a binder and optionally a liquid is used to produce particles of several mm or more for pharmaceutical use.
- 분무 건조 방법은 좁은 입자 크기 분포를 갖는 20~200 마이크론의 입자를 제조하는 데 이용되지만, 결합제를 사용하지 않을 경우 불량한 기계적 특성을 갖는다.Spray drying methods are used to produce particles of 20 to 200 microns with a narrow particle size distribution, but have poor mechanical properties when no binder is used.
따라서, 이들 방법은 모두 형상화된 촉매를 제조하기 위해서 실질적인 백분율의 결합제를 사용하는 것이 필요하다. 그러므로, 이들 결점을 회피할 수 있는 제어된 형태의 1 마이크론 내지 수 mm의 메조다공성 입자를 제조하는 방법이 요구된다.Thus, both of these methods require the use of a substantial percentage of binder to produce the shaped catalyst. Therefore, there is a need for a method of producing 1 micron to several millimeters of mesoporous particles in a controlled form that can avoid these drawbacks.
최종 중합체의 형태가 촉매 입자의 크기 및 형상과 지지체의 크기 및 형상에 의해 결정된다는 점이 공지되어 있는 올레핀 중합의 기술 분야에서 입자의 크기 및 형태를 제어하는 것이 특히 중요하다. 이것은 일명 "복제 현상"이라고 하는데, 예를 들면 크롬 촉매를 사용하는 에틸렌 중합의 기술 분야에 잘 알려져 있다. 메조다공성 지지체를 주성분으로 하는 촉매의 예들은 이미 문헌 상에 기재되어 있지만,이들 촉매는 담체 입자가 형태 제어를 하지 못하기 때문에 유동화가 불량한 작은 입자를 사용하기가 여전히 어렵다. 따라서, 그러한 입자의 사용은, 예를 들면 문헌[Ki-Soo Lee 등, Journal of Molecular catalysis A: Chemical, 159, 301~308, 2000]에서 설명한 바와 같이 불량한 플러프 형태를 형성시킨다.It is particularly important to control the size and shape of the particles in the art of olefin polymerization, in which it is known that the shape of the final polymer is determined by the size and shape of the catalyst particles and the size and shape of the support. This is known as "replication phenomenon", and is well known in the art of ethylene polymerization using, for example, chromium catalysts. Examples of catalysts based on mesoporous supports are already described in the literature, but these catalysts are still difficult to use small particles with poor fluidization because the carrier particles do not have morphological control. Thus, the use of such particles results in poor fluff morphology, as described, for example, in Ki-Soo Lee et al., Journal of Molecular catalysis A: Chemical, 159, 301-308, 2000.
본 발명은 제어된 형태의 중합체를 제조하기에 적합한 촉매 시스템을 제조하기 위한 특별한 메조다공성(mesoporous) 무기 산화물 지지체의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to the use of special mesoporous inorganic oxide supports for preparing catalyst systems suitable for preparing polymers in controlled forms.
본 발명의 목적은 치밀화 단계를 이용하는 일 없이 얻어지는 제어된 형태의 메조다공성 지지체를 사용하여 중합 촉매 시스템을 제조하는 데 있다.It is an object of the present invention to produce a polymerization catalyst system using a controlled form of mesoporous support obtained without using a densification step.
또한, 본 발명의 목적은 한정된 직경의 메조다공성 소공의 망상조직 및 한정된 마이크로다공성 백분율로 구성되는 제어된 소공 크기 분포를 지닌 중합 촉매 시스템을 제조하는 데 있다.It is also an object of the present invention to produce a polymerization catalyst system having a controlled pore size distribution consisting of a network of defined diameter mesoporous pores and a defined microporous percentage.
본 발명의 또 다른 목적은 그러한 촉매 시스템을 사용하여 제어된 형태의 중합체를 제조하는 데 있다.It is a further object of the present invention to produce polymers in controlled form using such catalyst systems.
본 발명의 추가의 목적은 그러한 촉매 시스템을 사용하여 기본적으로 미분말을 포함하지 않는 중합체를 제조하는 데 있다.It is a further object of the present invention to produce polymers that are essentially free of fine powders using such catalyst systems.
본 발명은The present invention
(a) 제어된 형태의 메조다공성 지지체를 제공하는 단계,(a) providing a mesoporous support in a controlled form,
(b) 상기 (a) 단계의 지지체 상에 촉매 성분을 침착시키는 단계(b) depositing a catalyst component on the support of step (a)
를 포함하여, 2개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 1종 이상의 올레핀, 비닐 방향족 화합물 또는 비닐 아세테이트를 중합시키거나 공중합시킴으로써 중합체를 제조하기 위한 지지된 촉매를 제조하는 방법을 제공하는 것으로서,A method of preparing a supported catalyst for preparing a polymer by polymerizing or copolymerizing one or more olefins, vinyl aromatic compounds or vinyl acetates having 2 to 10 carbon atoms, including
메조다공성 지지체는 2 마이크론 이상의 D10 및 10 마이크론 이상의 D50을 10 mm 이하, 바람직하게는 3 mm 이하, 보다 바람직하게는 1.5 mm 이하의 크기와 함께 갖는 제1 및/또는 제2 무기 메조다공성 입자로 구성되고, 화학식 Mn/q(WaXbYcZdOh)로 표시되며,The mesoporous support consists of first and / or second inorganic mesoporous particles having a size of at least 2 microns, D10 and at least 10 microns, with a size of 10 mm or less, preferably 3 mm or less, more preferably 1.5 mm or less. It is represented by the formula M n / q (W a X b Y c Z d O h ),
상기 식 중,In the above formula,
M은 암모늄, IA, IIA 및 VIIB로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 이온, 예를 들면 수소 이온 및/또는 나트륨 이온을 나타내고,M represents at least one ion selected from the group consisting of ammonium, IA, IIA and VIIB, for example hydrogen ions and / or sodium ions,
n 및 q는 각각 M 이온(들)의 당량 분율 및 원자가를 나타내며, n/q는 M 이온(들)의 몰수 또는 몰 분율을 나타내고,n and q represent the equivalent fraction and valence of M ion (s), respectively, and n / q represents the mole number or mole fraction of M ion (s),
W는 1종 이상의 2가 원소, 예컨대 망간, 코발트, 철 및/또는 마그네슘을 나타내며,W represents at least one divalent element such as manganese, cobalt, iron and / or magnesium,
X는 1종 이상의 3가 원소, 예컨대 알루미늄, 붕소, 철 및/또는 갈륨을 나타내고,X represents at least one trivalent element such as aluminum, boron, iron and / or gallium,
Y는 1종 이상의 4가 원소, 예컨대 규소, 티탄 및/또는 게르마늄, 바람직하게는 규소를 나타내며,Y represents at least one tetravalent element such as silicon, titanium and / or germanium, preferably silicon,
Z는 1종 이상의 5가 원소, 예컨대 인을 나타내고,Z represents one or more pentavalent elements such as phosphorus,
O는 산소를 나타내며,O represents oxygen,
a, b, c 및 d는 각각 W, X, Y 및 Z의 몰 분율을 나타내고, a + b + c + d = 1이며,a, b, c and d represent the mole fractions of W, X, Y and Z, respectively, a + b + c + d = 1,
1 ≤h ≤2.5이고,1 ≤ h ≤ 2.5,
마이크로다공성 부피(2 ㎛ 이하의 소공 크기)는 300 nm 이하의 전체 다공성 부피의 10% 이하이며,The microporous volume (pore size of 2 μm or less) is 10% or less of the total porosity volume of 300 nm or less,
2~10 nm의 소공 크기의 경우 메조다공성 부피는 0.18 cm3/g 이상, 바람직하게는 0.3 cm3/g 이상이고, DFT 분포의 최대 피이크의 직경(Dmax)은 2 ≤Dmax ≤5 nm되도록 하며, Dmax ±15%의 소공 크기와 관련된 다공성 부피는 2~10 nm의 소공 크기와 관련된 다공성 부피의 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상을 나타내고, 또는For pore sizes of 2 to 10 nm, the mesoporous volume is at least 0.18 cm 3 / g, preferably at least 0.3 cm 3 / g, and the maximum peak diameter (Dmax) of the DFT distribution is 2 ≦ Dmax ≦ 5 nm A pore volume associated with a pore size of Dmax ± 15% represents at least 70%, preferably at least 80%, most preferably at least 90% of the pore volume associated with a pore size of 2-10 nm, or
4~15 nm의 소공 크기의 경우 메조다공성 부피는 0.70 cm3/g 이상, 바람직하게는 1 cm3/g 이상이고, DFT 분포의 최대 피이크의 직경(Dmax)은 넓게 4~15 nm로 구성되며, Dmax ±20%의 소공 크기와 관련된 다공성 부피는 4~15 nm의 소공 크기와 관련된 다공성 부피의 45% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상을 나타내는 것을 특징으로 한다.For pore sizes of 4 to 15 nm, the mesoporous volume is at least 0.70 cm 3 / g, preferably at least 1 cm 3 / g, and the maximum peak diameter (Dmax) of the DFT distribution is broadly comprised of 4 to 15 nm. The pore volume associated with the pore size of Dmax ± 20% is characterized by representing at least 45%, preferably at least 50% and most preferably at least 90% of the pore volume associated with a pore size of 4-15 nm.
본 발명에 따라 제조된 중합체는 제어된 형태를 갖는 것이 바람직하다.It is preferred that the polymers prepared according to the invention have a controlled form.
D10, D50 및 D90은 입자의 10 중량%, 50 중량% 및 90 중량%와 각자 관련된 최대 입자 직경으로서 정의된다.D10, D50 and D90 are defined as the maximum particle diameters respectively associated with 10%, 50% and 90% by weight of the particles.
D10은 5 마이크론 이상인 것이 바람직하고, 10 마이크론 이상인 것이 보다 바람직하다. D50은 20~150 마이크론인 것이 바람직하다.It is preferable that it is 5 microns or more, and, as for D10, it is more preferable that it is 10 microns or more. It is preferable that D50 is 20-150 microns.
본 발명에 사용된 메조다공성 입자를 제조하는 방법은The method for producing mesoporous particles used in the present invention
(a) 임의로 미셀 내의 가용성 팽윤제, 바람직하게는 트리메틸벤젠의 존재 하에(a) optionally in the presence of a soluble swelling agent, preferably trimethylbenzene in micelles
(1) 2 마이크론 이상의 D10 및 10 마이크론 이상의 D50을 10 mm 이하의 크기와 함께 갖는 제1 및/또는 제2 입자로 구성되고, 화학식 Mn/q(WaXbYcZdOh)(여기서, M, W, X, Y, Z, O, n, q, a, b, c, d 및 h는 상기한 것과 같은 동일한 의미를 가짐)에 해당하며, 실리카 공급원의 입자 형상 및 입자 크기 분포가 지지체의 것에 근접해 있는 고체 무기 공급원,(1) a first and / or second particle having a D10 of at least 2 microns and a D50 of at least 10 microns, with a size of 10 mm or less, formula M n / q (W a X b Y c Z d O h ) (Wherein M, W, X, Y, Z, O, n, q, a, b, c, d and h have the same meaning as described above), and the particle shape and particle size of the silica source A solid inorganic source whose distribution is close to that of the support,
(2) 상기 고체 무기 공급원을 이동시킬 수 있는 제제,(2) agents capable of moving said solid inorganic source,
(3) 계면활성제와 같이 소공을 보정할 수 있는 제제,(3) preparations that can correct pores, such as surfactants,
(4) 용매, 바람직하게는 물(4) solvent, preferably water
을 접촉 및 반응시키는 단계,Contacting and reacting
(b) 소공 보정제(calibrating agent)를 여과, 세척, 건조, 마지막으로 제거하고, 주사 전자 현미경 사진(SEM) 및 레이저 과립화 측정계에 의해 관찰할 때 출발 입자의 크기 및 형태를 실질적으로 변형시키지 않는 온도, 교반 및 지속시간의 조건 하에 (a) 단계에서 얻어진 무기 입자를 하소 처리하는 단계(b) filtration, washing, drying, and finally removing the calibrating agent and substantially modifying the size and shape of the starting particles as observed by scanning electron micrographs (SEM) and laser granulation measurement systems. Calcination of the inorganic particles obtained in step (a) under conditions of temperature, stirring and duration of
를 포함한다.It includes.
다공성 부피는 77°K에서 N2흡착에 의해 측정한다.Porous volume is measured by N 2 adsorption at 77 ° K.
2~300 nm의 소공 크기에 대한 상대적인 다공성 부피는 DFT 방법(실린더형 소공)에 의해 측정한다. 2 nm 이하의 소공 크기에 대한 상대적인 다공성 부피(IUPAC에 따른 마이크로다공성 부피)는 t-플롯 방법에 의해 측정한다.The relative pore volume for pore sizes from 2 to 300 nm is measured by the DFT method (cylindrical pore). The relative porous volume (microporous volume according to IUPAC) for pore sizes up to 2 nm is measured by t-plot method.
구조적 다공성 부피는 5 nm까지 증가된 중간 직경 이하의 직경을 갖는 소공과 관련된 소공 부피로서 정의한다. 조직적 다공성 부피는 5 nm까지 증가된 중간 직경 이상의 직경을 갖는 소공과 관련된 소공 부피로서 정의한다. 소공 부피 분포는 실린더형 소공의 경우에 이용한 DFT에 의해 측정한다.Structural porous volume is defined as the pore volume associated with pores having a diameter below the median diameter increased up to 5 nm. The tissue porous volume is defined as the pore volume associated with pores with a diameter above the median diameter increased up to 5 nm. The pore volume distribution is measured by the DFT used in the case of cylindrical pores.
본 발명에 사용된 보정제는 6개 내지 36개의 탄소 원자를 갖는 아릴 또는 알킬에 의해 치환된 4급 암모늄 또는 포스포늄을 함유하는 계면활성제일 수 있으며, 상기 치환체는 수산화 음이온, 할라이드 또는 실리케이트와 관련하여 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 예를 들면, 상기 보정제는 이온, 예컨대 세틸트리메틸암모늄, 세틸트리메틸포스포늄, 옥타데실트리메틸암모늄, 옥타데실트리메틸포스포늄, 벤질트리메틸암모늄, 세틸피리디늄, 데실트리메틸암모늄, 디메틸디도데실암모늄, 트리메틸도데실암모늄 뿐만 아니라 아민, 예컨대 도데실아민 및 헥사데실아민을 함유할 수 있다.The calibrator used in the present invention may be a surfactant containing quaternary ammonium or phosphonium substituted by aryl or alkyl having 6 to 36 carbon atoms, said substituents being associated with hydroxide anions, halides or silicates And may be the same or different. For example, the correcting agent may be an ion such as cetyltrimethylammonium, cetyltrimethylphosphonium, octadecyltrimethylammonium, octadecyltrimethylphosphonium, benzyltrimethylammonium, cetylpyridinium, decyltrimethylammonium, dimethyldidodecylammonium, trimethyldode As well as amines such as dodecylamine and hexadecylamine.
용매는 유기 용매일 수 있고, 물인 것이 바람직하다.The solvent may be an organic solvent and is preferably water.
산화물 이동제는 무기 염기 또는 유기 염기일 수 있고, 소다인 것이 바람직하다.The oxide transfer agent may be an inorganic base or an organic base, and is preferably soda.
반응 혼합물의 pH는 일반적으로 중요하지 않지만, 1 내지 14에 걸쳐 다양할 수 있다. 결정화는 입자 마찰을 피하기 위해서 무교반 하에 또는 중간 정도의 교반 하에 수행할 수 있다. 결정화 온도는 실온 내지 200℃이고, 반응 시간은 몇 분 내지 몇 일 이하이다.The pH of the reaction mixture is generally not critical but can vary from 1 to 14. Crystallization can be carried out under unstirred or moderate agitation to avoid particle friction. The crystallization temperature is from room temperature to 200 ° C., and the reaction time is from several minutes to several days or less.
반응 시간은 SEM 및 레이저 과립화 측정계 제어에 의해 최적화할 수 있다. 너무 긴 반응 시간은 분해된 입자를 생산할 수 있거나 미분말의 생성을 증가시킨다.The reaction time can be optimized by SEM and laser granulation measurement system control. Too long reaction times can produce degraded particles or increase the production of fine powder.
형성된 반응 생성물은 용매 중에 현탁시키고, 이 현탁액은 여과, 세척 및 건조시키고, 추가로 계면활성제를 제거하기 위해 하소 처리한다. 최종 생성물은 입방정계 또는 6방정계 대칭의 균질한 소공 크기를 갖는 고체 무기 입자이다. 6방정계 대칭을 갖는 소공은 서로가 평행하다.The reaction product formed is suspended in a solvent, the suspension is filtered, washed and dried and further calcined to remove the surfactant. The final product is a solid inorganic particle with homogeneous pore size of cubic or hexagonal symmetry. The pores with hexagonal symmetry are parallel to each other.
본 발명에 따른 출발 무기 고체는 화학식 Mn/q(XbYcOh)인 것이 바람직하다. 상기 식 중, X는 Al이고, Y는 Si 또는 Ti이거나 이들의 혼합물일 수 있으며, b+c = 1이고, b ≤1이며, Y는 Si인 것이 바람직하다.The starting inorganic solid according to the invention is preferably of the formula M n / q (X b Y c O h ). Wherein X is Al, Y may be Si or Ti or a mixture thereof, b + c = 1, b ≦ 1, and Y is Si.
본 발명에 따르면, 제어된 형태의 고체 메조다공성 입자는 제어된 형태의 중합체를 생성시키기 위한 크롬계 촉매 시스템 또는 메탈로센 촉매 시스템이거나, 또는 찌이글러-나타 촉매 시스템 또는 뒷 전이 금속(late transition metal) 촉매 시스템을 제조하기 위한 지지체로서 사용된다.According to the invention, the solid form of mesoporous particles in controlled form is a chromium-based catalyst system or a metallocene catalyst system for producing a polymer in controlled form, or a Ziegler-Natta catalyst system or a late transition metal. metal) is used as a support for producing the catalyst system.
촉매 시스템은 크롬이 해당 기술 분야에 공지된 임의의 방법에 의해 지지체 상에 침착되어 있는 지지된 크롬계 촉매일 수 있다. 크롬계 촉매를 제조하는 공정은 본 발명의 메조다공성 촉매 지지체를 제공하는 단계 및 지지체 상에 크롬 화합물, 바람직하게는 크롬(III) 아세틸아세토네이트, 크롬(III) 아세테이트, 크롬(III) 옥살레이트 및 크롬(III) 스테아레이트 중 하나 이상으로부터 선택된 크롬염 화합물을 침착시키는 단계를 포함한다. 대안으로, 크롬 화합물은 크로모센,다른 유기 크롬 착물 또는 CrO3또는 이것의 유도체일 수 있다. 촉매 조성물은 크롬계 촉매의 중량을 기준으로 하여 0.4~4 중량%의 크롬을 포함한다.The catalyst system may be a supported chromium-based catalyst in which chromium is deposited on the support by any method known in the art. The process for preparing the chromium-based catalyst comprises the steps of providing the mesoporous catalyst support of the present invention and on the support a chromium compound, preferably chromium (III) acetylacetonate, chromium (III) acetate, chromium (III) oxalate and Depositing a chromium salt compound selected from one or more of chromium (III) stearate. Alternatively, the chromium compound may be chromosene, other organic chromium complexes or CrO 3 or derivatives thereof. The catalyst composition comprises 0.4 to 4% by weight of chromium, based on the weight of the chromium-based catalyst.
임의로, 지지체는 Al, P, B, Ti 및 Mg로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 화합물로 처리함으로써 추가로 개질할 수 있고, 상기 처리는 크롬 침착 이전, 도중 또는 이후에 수행할 수 있다. 예를 들면, 지지체는 알루미늄 화합물로 처리하여 알루미나 함유 실리카 지지체를 형성시킬 수 있으며, 이후 알루미나 함유 지지체는 크롬염으로 처리함으로써 크롬에 의해 함침된다. 또 다른 실시양태에서, 지지체는 크롬염으로 처리하여 크롬을 지지체 상에 함침시키고, 이후 크롬 함침된 지지체는 알루미늄 알킬 화합물로 처리하여 지지체 내에 알루미나를 혼입시킨다. 지지체는 크롬계 촉매의 중량을 기준으로 하여 0.5~4 중량%의 알루미늄을 포함할 수 있다. 알루미늄 화합물은 1종 이상의 알루미늄 알킬 화합물, 예컨대 트리이소부틸 알루미늄(TIBAL), 트리에틸 알루미늄(TEAL), 트리-n-헥실 알루미늄(TNHAL), 트리-n-옥틸 알루미늄(TNOAL) 또는 메틸 알루미늄 옥산(MAO)이거나 또는 1종의 알루미늄 알콜레이트, 예컨대 알루미늄 sec-부톡사이드를 포함하는 것이 바람직하다.Optionally, the support may be further modified by treatment with one or more compounds selected from the group consisting of Al, P, B, Ti and Mg, which treatment may be performed before, during or after chromium deposition. For example, the support can be treated with an aluminum compound to form an alumina containing silica support, after which the alumina containing support is impregnated with chromium by treatment with a chromium salt. In another embodiment, the support is treated with a chromium salt to impregnate chromium on the support, and the chromium impregnated support is then treated with an aluminum alkyl compound to incorporate alumina into the support. The support may comprise 0.5 to 4% by weight of aluminum based on the weight of the chromium-based catalyst. The aluminum compound may be one or more aluminum alkyl compounds such as triisobutyl aluminum (TIBAL), triethyl aluminum (TEAL), tri-n-hexyl aluminum (TNHAL), tri-n-octyl aluminum (TNOAL) or methyl aluminum oxane ( MAO) or one aluminum alcoholate, such as aluminum sec-butoxide.
대안으로, 지지체는 티탄 테트라이소프로폭시드와 같은 티탄 화합물로 처리하여 티탄화된 크롬계 촉매의 중량을 기준으로 하여 1~5 중량%의 티탄 함량을 갖는 티탄화 및 지지된 크롬계 촉매를 형성시킬 수 있다.Alternatively, the support is treated with a titanium compound such as titanium tetraisopropoxide to form a titanated and supported chromium-based catalyst having a titanium content of 1-5 wt% based on the weight of the titanated chromium-based catalyst. You can.
최종적으로, 크롬은 메조다공성 물질로 변형시키기 전에 초기 실리카 공급원에 도입할 수 있다.Finally, chromium may be introduced into the initial silica source prior to transformation into mesoporous materials.
지지체 상에 침착된 촉매 성분은 올레핀의 중합을 위해 해당 기술 분야에 공지된 임의의 메탈로센 촉매일 수 있다. 이러한 촉매는, 예를 들면 EP-A-0,790,259호에 기재되어 있다.The catalyst component deposited on the support may be any metallocene catalyst known in the art for the polymerization of olefins. Such catalysts are described, for example, in EP-A-0,790,259.
상기 촉매는 하기 화학식 I, II 및 III에 의해 나타낼 수 있다:The catalyst can be represented by the following formulas (I), (II) and (III):
화학식 IFormula I
(CpR'k)mY2-mMR"nXq (CpR ' k ) m Y 2-m MR " n X q
상기 식 중, Cp는 치환되거나 비치환된 시클로펜타디에닐 고리이고, 각각의 R'은 동일하거나 또는 상이하며, 수소이거나 또는 1개 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 히드로카르빌 라디칼, 예컨대 알킬, 알케닐, 아릴, 알킬아릴 또는 아릴알킬 라디칼이거나, 또는 2개의 탄소 원자가 함께 연결되어 C4~C6고리를 형성하고, Y는 Va족 또는 VIa족 원소이며, M은 IVb족, Vb족 또는 VIb족 전이 금속이고, R"은 2개의 (C5R'k) 고리 또는 1개의 (C5R'k) 고리를 가교하는 C1~C4알킬렌 라디칼, 디알킬 게르마늄 또는 규소 또는 실록산, 또는 알킬 포스핀 또는 아민 라디칼이며, 헤테로원자 Y, X는 할로겐이고, m은 1 또는 2이며, n은 0 내지 3이고, q는 0 내지 3이며, m+n+q의 합은 금속의 산화 상태와 동일하다.Wherein Cp is a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl ring and each R 'is the same or different and is a hydrogen or a hydrocarbyl radical containing 1 to 20 carbon atoms, such as alkyl, An alkenyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl radical, or two carbon atoms connected together to form a C 4 to C 6 ring, Y is a Group Va or Group VIa element, M is a Group IVb, Group Vb, or VIb Is a group transition metal, R ″ is a C 1 to C 4 alkylene radical, dialkyl germanium or silicon or siloxane bridging two (C 5 R ′ k ) rings or one (C 5 R ′ k ) ring, or Alkyl phosphine or amine radical, heteroatoms Y, X are halogen, m is 1 or 2, n is 0 to 3, q is 0 to 3, and the sum of m + n + q is the oxidation state of the metal Is the same as
화학식 IIFormula II
(C5R'k)gR"s(C5R'k)MQ3-g (C 5 R ' k ) g R " s (C 5 R' k ) MQ 3-g
화학식 IIIFormula III
R"s(C5R'k)2MQ'R " s (C 5 R ' k ) 2 MQ'
상기 식 중, (C5R'k)는 시클로펜타디에닐 또는 치환된 시클로펜타디에닐이고, 각각의 R'는 동일하거나 또는 상이하며, 수소이거나 또는 1개 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 히드로카르빌 라디칼, 예컨대 알킬, 알케닐, 아릴, 알킬아릴 또는 아릴알킬 라디칼이거나, 또는 2개의 탄소 원자가 함께 연결되어 C4~C6고리를 형성하고, R"는 2개의 (C5R'k) 고리를 가교하는 C1~C4알킬렌 라디칼, 디알킬 게르마늄 또는 규소 또는 실록산, 또는 알킬 포스핀 또는 아민 라디칼이며, Q는 1개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 히드로카르보닐 라디칼, 예컨대 아릴, 알킬, 알케닐, 알킬아릴 또는 아릴알킬 라디칼, 1개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 히드로카르복시 라디칼 또는 할로겐이고, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, Q'는 1개 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬리덴 라디칼이고, s는 0 또는 1이며, g는 0, 1 또는 2이고, s는 g가 0일 때 0이고, k는 s가 1일 때 4이며, k는 s가 0일 때 5이고, M은 상기 정의한 바와 같다.Wherein (C 5 R ′ k ) is cyclopentadienyl or substituted cyclopentadienyl, each R ′ is the same or different and is hydrogen or a hydro containing 1 to 20 carbon atoms Carbyl radicals such as alkyl, alkenyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl radicals, or two carbon atoms are joined together to form a C 4 to C 6 ring, where R "is two (C 5 R ' k ) C 1 to C 4 alkylene radicals, dialkyl germanium or silicon or siloxanes, or alkyl phosphine or amine radicals that bridge the ring, Q is a hydrocarbonyl radical having 1 to 20 carbon atoms, such as aryl, alkyl , Alkenyl, alkylaryl or arylalkyl radical, hydrocarboxy radical having 1 to 20 carbon atoms or halogen, may be the same or different from each other, Q 'having 1 to about 20 carbon atoms An alkylidene radical, s is 0 or 1, g is 0, 1 or 2, s is 0 when g is 0, k is 4 when s is 1, k is 5 when s is 0, and , M is as defined above.
히드로카르빌 라디칼의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 아릴, 이소아밀, 헥실, 이소부틸, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 세틸, 2-에틸헥실, 페닐 등이 있다. 할로겐 원자의 예로는 염소, 브롬, 불소 및 요오드가 포함되는데, 이들 할로겐 원자 중 염소가 바람직하다.Examples of hydrocarbyl radicals are methyl, ethyl, propyl, butyl, aryl, isoamyl, hexyl, isobutyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, cetyl, 2-ethylhexyl, phenyl and the like. Examples of halogen atoms include chlorine, bromine, fluorine and iodine, with chlorine being preferred among these halogen atoms.
히드로카르복시 라디칼의 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 아밀옥시 등이 있다.Examples of hydrocarboxy radicals include methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, amyloxy and the like.
알킬리덴 라디칼의 예로는 메틸리덴, 에틸리덴 및 프로필리덴 및 i-부틸리덴이 있다.Examples of alkylidene radicals are methylidene, ethylidene and propylidene and i-butylidene.
활성 부위는 이온화 작용을 갖는 조촉매, 예컨대 붕소 또는 불소 함유 화합물, 예를 들면 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 화합물을 첨가함으로써 형성되어야 한다.The active site should be formed by adding a promoter having an ionizing action such as a boron or fluorine containing compound such as a tetrakis (pentafluorophenyl) borate compound.
알루목산(alumoxane)도 조촉매로서 사용할 수 있다. 알루목산이 조촉매로서 사용될 때, 해당 기술 분야에 공지된 임의의 알루목산은 본 발명에 사용될 수 있다.Alumoxane can also be used as a promoter. When alumoxane is used as a promoter, any alumoxane known in the art can be used in the present invention.
바람직한 알루목산은 하기 화학식 IV 및 V에 의해 나타낸 올리고머성 선형 및/또는 환형 알킬 알루목산을 포함한다:Preferred alumoxanes include oligomeric linear and / or cyclic alkyl alumoxanes represented by the following formulas IV and V:
화학식 IVFormula IV
올리고머성 선형 알루목산Oligomeric Linear Alumoxanes
화학식 VFormula V
올리고머성 환형 알루목산Oligomeric Cyclic Alumoxanes
상기 식 중, n은 1~40, 바람직하게는 10~20이고, m은 3~40, 바람직하게는 3~20이며, R은 C1~C8알킬기, 바람직하게는 메틸이다.And In the formula, n is 1 to 40, preferably 10 ~ 20, m is 3 to 40, preferably 3 ~ 20, R is C 1 ~ C 8 alkyl group, preferably methyl.
촉매 시스템은 해당 기술 분야에 공지된 임의의 방법에 따라 제조되는 지지된 찌이글러-나타 촉매 시스템일 수 있다. 찌이글러-나타 촉매 시스템은 본 발명의 메조다공성 지지체 상에 침착된 전이 금속 성분(A), 유기알루미늄 성분(B) 및 임의로 내부 전자 공여체(C)로 구성되어 있다.The catalyst system may be a supported Ziegler-Natta catalyst system prepared according to any method known in the art. The Ziegler-Natta catalyst system consists of a transition metal component (A), an organoaluminum component (B) and optionally an internal electron donor (C) deposited on the mesoporous support of the invention.
전이 금속 화합물(A)은 유기마그네슘 화합물 또는 마그네슘 할라이드와 전이 금속 할라이드와의 반응 생성물이다. 전이 금속은 티탄, 바나듐 및 지르코늄으로 이루어진 군 중에서 선택되거나, 또는 이들의 조합물이다. 전이 금속은 티탄인 것이 바람직하다. 성분 A의 제조에 적합한 티탄 화합물은 4가 할로겐화 티탄 화합물, 바람직하게는 화학식 TiXn(OR)4-n의 티탄 화합물이고, 상기 식 중, n은 1 내지 4이며, X는 염소 또는 브롬을 나타내고, X는 염소인 것이 바람직하며, R은 1개 내지 18개의 탄소, 바람직하게는 1개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 탄화수소 라디칼, 특히 직쇄형 또는 분지쇄형 알킬기를 나타낸다.The transition metal compound (A) is a reaction product of an organomagnesium compound or magnesium halide with a transition metal halide. The transition metal is selected from the group consisting of titanium, vanadium and zirconium, or a combination thereof. The transition metal is preferably titanium. Suitable titanium compounds for the preparation of component A are tetravalent halogenated titanium compounds, preferably titanium compounds of the formula TiX n (OR) 4-n , wherein n is 1 to 4 and X represents chlorine or bromine It is preferred that X is chlorine, and R represents the same or different hydrocarbon radicals, in particular straight or branched chain alkyl groups having 1 to 18 carbons, preferably 1 to 10 carbon atoms.
사용된 유기알루미늄 화합물은 알루미늄 트리알킬 또는 알루미늄 디알킬 히드라이드와 1개 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼과의 반응 생성물, 바람직하게는 Al(iBu)3또는 Al(iBu)2H 및 4개 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 디올레핀, 바람직하게는 이소프렌일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기알루미늄 화합물은 알루미늄 이소프레닐이다.The organoaluminum compounds used are reaction products of aluminum trialkyl or aluminum dialkyl hydrides with hydrocarbon radicals having 1 to 16 carbon atoms, preferably Al (iBu) 3 or Al (iBu) 2 H and 4 Diolefins containing from 20 to 20 carbon atoms, preferably isoprene. For example, the organoaluminum compound is aluminum isoprenyl.
내부 전자 공여체는 프탈레이트, 1,3-디에테르 및 테트라히드로푸란(THF)으로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다.The internal electron donor can be selected from the group consisting of phthalates, 1,3-diethers and tetrahydrofuran (THF).
촉매 시스템은 뒷 전이 금속이 해당 기술 분야에 공지된 임의의 방법에 의해본 발명의 메조다공성 지지체 상에 침착되어 있는 지지된 뒷 전이 금속 촉매 시스템일 수 있다. 상기 방법은 지지된 메탈로센 촉매의 경우에 사용된 방법과 유사하다. 활성 부위는 이온화 작용을 갖는 조촉매, 예컨대 알루목산을 첨가함으로써 형성된다.The catalyst system may be a supported back transition metal catalyst system in which the back transition metal is deposited on the mesoporous support of the present invention by any method known in the art. The method is similar to the method used in the case of supported metallocene catalysts. The active site is formed by adding a promoter having an ionizing action such as alumoxane.
또한, 본 발명은 제어된 형태 폴리올레핀의 제조를 위한 촉매 시스템을 제공한다.The present invention also provides a catalyst system for the production of controlled form polyolefins.
상기 설명한 모든 촉매 시스템은 7 nm 이상의 직경에 집중되어 있는 메조소공을 갖는 메조다공성 지지체 상에 지지되어 있다.All of the catalyst systems described above are supported on mesoporous supports having mesopores concentrated at diameters of 7 nm or more.
본 발명은 또한 지지된 촉매 시스템의 존재 하에 2개 내지 10개의 탄소 원자를 포함하는 올레핀, 비닐 방향족 화합물 또는 비닐 아세테이트를 비롯한 1종 이상의 비닐 함유 단량체를 중합시키는 방법을 제공한다. 올레핀은 에틸렌 또는 프로필렌인 것이 바람직하다. 이렇게 얻어지는 중합체는 본 발명의 메조다공성 지지체 상에 지지된 촉매의 형태에 의해 결정되고 따라서 제어될 수 있는 형태를 갖으며, 실질적으로 미분말을 함유하지 않는다.The invention also provides a process for polymerizing one or more vinyl containing monomers, including olefins, vinyl aromatic compounds or vinyl acetates comprising 2 to 10 carbon atoms in the presence of a supported catalyst system. The olefin is preferably ethylene or propylene. The polymer thus obtained has a form which is determined by the form of the catalyst supported on the mesoporous support of the invention and thus can be controlled and is substantially free of fine powder.
중합 공정은 기상 중합 공정, 액상 중합 공정, 슬러리 중합 공정 또는 슬러리 베쓰(bath) 중합 공정 중의 어느 하나로 수행할 수 있다.The polymerization process may be performed by any one of a gas phase polymerization process, a liquid phase polymerization process, a slurry polymerization process, or a slurry bath polymerization process.
실시예 1Example 1
본 발명에 따른 지지체 S1의 제조Preparation of Support S1 According to the Invention
(1) 8 cm 직경의 1 l 실린더형 반응기에서, 물 310 ml, 소다 8.3 g 및NORANIUM(등록상표) MS 50 29.4 g의 용액을 제조하였다. NORANIUM(등록상표) MS 50은 CECA에 의해 시판되며, 16개 내지 18개의 탄소 원자의 길이를 갖는 알킬쇄를 함유하는 트리메틸알킬암모늄 클로라이드이다.(1) In an 8 cm diameter 1 l cylindrical reactor, a solution of 310 ml of water, 8.3 g of soda and NORANIUM® MS 50 29.4 g was prepared. NORANIUM® MS 50 is sold by CECA and is a trimethylalkylammonium chloride containing an alkyl chain having a length of 16 to 18 carbon atoms.
(2) 실온에서 (패들 또는 앵커 교반기) 교반 하에 명칭 ZEOSIL(등록상표) 175 MP로 RHODIA에 의해 시판된 (무수 상태의 당량) 실리카 33 g을 첨가하였다. 상기 실리카는 약 20 nm에 집중되어 있는 넓은 소공 크기 분포를 갖는다. 이것의 과립화 측정계는 약 150 마이크론에서 주요 피크를 나타내고, 미세 입자에 대한 넓은 말단부 분포가 존재하며, 4 마이크론 이하의 입자가 전혀 존재하지 않는다는 점을 특징으로 한다.(2) 33 g of a commercially available (anhydrous equivalent) silica sold under RHODIA under the name ZEOSIL® 175 MP under stirring (paddle or anchor stirrer) at room temperature. The silica has a wide pore size distribution concentrated at about 20 nm. Its granulation measurement system shows a major peak at about 150 microns, is characterized by the presence of a wide end distribution for fine particles and no particles below 4 microns at all.
(3) 연속적인 교반 하에, 온도를 100℃로 상승시키고, 오일 베쓰에 의해 일정한 온도로 유지되는 이중 밀봉 반응기에서 3 시간 동안 100℃로 유지하였다. 이어서, 고체는 진공 하에 뷔너 필터 상에서 여과하고, 탈염수 6 l로 세척하였다. 이것을 90℃의 환기형 스토브에서 밤새 건조시키고, 실온(25℃)에서 550℃로 5 시간 내에 상승시키고, 2 시간 동안 550℃의 온도로 유지하면서 550℃에서 하소 처리하였다.(3) Under continuous stirring, the temperature was raised to 100 ° C. and maintained at 100 ° C. for 3 hours in a double sealed reactor maintained at a constant temperature by an oil bath. The solid was then filtered under vacuum on a burner filter and washed with 6 l of demineralized water. It was dried overnight in a ventilated stove at 90 ° C., raised from room temperature (25 ° C.) to 550 ° C. in 5 hours, and calcined at 550 ° C. while maintaining at 550 ° C. for 2 hours.
(4) 최종 고체는 77 °K에서 N2흡착/탈착(ASAP 2010, MICROMERITICS)에 의해, 그리고 레이저 과립화 측정계(MALVERN)에 의해 특징을 나타낸다. 소공 크기 분포는 DFT 방법에 의해 계산한다. 최종 생성물의 특성은 하기 표 1에 요약 기재한다.(4) The final solids are characterized by N 2 adsorption / desorption (ASAP 2010, MICROMERITICS) at 77 ° K and by laser granulation measurement system (MALVERN). Pore size distribution is calculated by the DFT method. The properties of the final product are summarized in Table 1 below.
또한, 최종 고체의 과립화 측정계는 출발 물질에서와 같이 미분말에 대한 넓은 말단부 분포가 존재하고, 4 마이크론 이하의 입자가 전혀 존재하지 않는다는 점을 특징으로 한다. 따라서, 출발 실리카의 과립화 측정계를 지속하였는데, 출발 고체의 분포와 최종 고체의 분포는 동일하지 않지만 매우 유사하였다. 본 발명의 방법에서는, 미분말이 전혀 생성되지 않았으며(4 마이크론 이하의 입자가 0%로 존재함), 출발 물질의 형태가 유지되었다.In addition, the granulation measurement system of the final solids is characterized by the presence of a wide end distribution for the fine powder, as in the starting material, and no particles of less than 4 microns. Therefore, the granulation measurement system of the starting silica was continued, where the distribution of the starting solid and the final solid were not identical but very similar. In the process of the present invention, no fine powder was produced (particles of 4 microns or less were present at 0%) and the form of starting material was maintained.
실시예 2Example 2
본 발명에 따른 지지체 S2의 제조Preparation of Support S2 According to the Invention
이러한 큰 소공의 메조다공성 물질은 다음과 같이 제조하였다:These large pore mesoporous materials were prepared as follows:
(1) 물 620 ml, 소다 16.6 g 및 NORANIUM(등록상표) MS 50 58.8 g의 용액을 제조하였다.(1) A solution of 620 ml of water, 16.6 g of soda and 58.8 g of NORANIUM® MS 50 was prepared.
(2) 분자를 계면활성제 미셀 내로 용해시키기 위해서 교반 하에 1,3,5-트리메틸벤젠(TMB) 52 g을 첨가하였다.(2) 52 g of 1,3,5-trimethylbenzene (TMB) was added under stirring to dissolve the molecules into the surfactant micelles.
(3) 일정한 교반을 15 분 수행한 후, 느린 교반 하에 SILOPOL 2104 (무수 상태의 당량) 66.14 g을 혼합물에 첨가하였다. SILOPOL 2104는 GRACE에 의해 시판되고 있다. 상기 SILOPOL 2104는 15 마이크론 이하의 입자 0% 및 약 20~40 nm에 집중되어 있는 넓은 소공 크기 분포를 갖는다.(3) After 15 minutes of constant stirring, 66.14 g of SILOPOL 2104 (anhydrous equivalent) was added to the mixture under slow stirring. SILOPOL 2104 is commercially available from GRACE. The SILOPOL 2104 has a wide pore size distribution concentrated at 0% of particles below 15 microns and about 20-40 nm.
(4) 온도를 교반 하에 100℃로 상승시키고, 100℃에서 16 시간 동안 유지하였다.(4) The temperature was raised to 100 ° C. under stirring and maintained at 100 ° C. for 16 hours.
(5) 형성된 고체를 여과하고, 3 l 물로 세척하였다. 이것을 70℃의 환기형 스토브에서 건조시키고, 온도를 25℃에서 550℃로 5 시간 내에 상승시키고, 상기 550℃에서 2 시간 동안 온도를 유지하면서 550℃에서 하소 처리하였다.(5) The solid formed was filtered and washed with 3 1 water. It was dried in a ventilated stove at 70 ° C. and the temperature was raised from 25 ° C. to 550 ° C. in 5 hours and calcined at 550 ° C. while maintaining the temperature at 550 ° C. for 2 hours.
출발 고체 및 최종 고체는 지지체 S1에서와 같은 동일한 방법을 이용하는 것을 특징으로 하고, 그 결과는 하기 표 2에 요약 기재한다.The starting solids and the final solids are characterized using the same method as in support S1, the results of which are summarized in Table 2 below.
최종 고체의 과립화 측정계는 D50으로부터 알 수 있는 바와 같이 출발 물질의 것과 매우 유사하였다.The granulation measurement system of the final solids was very similar to that of the starting material as can be seen from D50.
실시예 3Example 3
지지체 S1을 사용하는 지지된 크롬계 촉매 CR1의 제조Preparation of Supported Chromium-Based Catalyst CR1 Using Support S1
지지된 크롬계 촉매는 실시예 1의 지지체 S1을 사용하여 제조하고, 문헌[Chem. Eur. J., No. 16, 6, 2000, p. 2960~2970]에 개시된 방법을 수행하였다. 크롬 아세틸 아세토네이트[Cr(acac)3] 착물은 지지체 S1의 표면 상에 그라프트 처리하였다.Supported chromium-based catalysts were prepared using the support S1 of Example 1 and described in Chem. Eur. J., No. 16, 6, 2000, p. 2960-2970. The chromium acetyl acetonate [Cr (acac) 3 ] complex was grafted onto the surface of the support S1.
이어서, 활성화는 유동화 하에 석영 튜브 활성화기 내에서 수행하였다. 촉매를 가열하고, 200 NI/h의 무수 공기 흐름 하에 6 시간 동안 온도 600℃로 유지하였다. 실온으로 냉각시키는 동안, 온도가 400℃에 도달했을 때, 공기를 무수 질소로 교체하였다. 오염을 방지하기 위해서, 활성화된 촉매는 건조 질소 하에 저장하였다.Activation was then performed in a quartz tube activator under fluidization. The catalyst was heated and maintained at a temperature of 600 ° C. for 6 hours under a 200 NI / h dry air stream. While cooling to room temperature, when the temperature reached 400 ° C., the air was replaced with anhydrous nitrogen. To prevent contamination, the activated catalyst was stored under dry nitrogen.
실시예 4Example 4
지지체 S2를 사용하는 지지된 크롬계 촉매 CR2의 제조Preparation of Supported Chromium-Based Catalysts CR2 Using Support S2
지지된 크롬계 촉매는 지지체 S2를 사용하여 실시예 3에서 설명하는 바와 같이 정확하게 제조하였다.The supported chromium-based catalyst was prepared exactly as described in Example 3 using the support S2.
실시예 5Example 5
2개의 지지된 크롬계 촉매 CR1 및 CR2는 에틸렌을 단독 중합하는 데 사용하였다.Two supported chromium-based catalysts CR1 and CR2 were used to homopolymerize ethylene.
중합 조건 및 결과는 하기 표 3에 요약 기재한다.Polymerization conditions and results are summarized in Table 3 below.
MI2 및 HLMI는 190℃의 온도에서 2.16 kg 및 21.6 kg의 각각의 하중 하에 표준 테스트 ASTM-D-1238의 방법을 수행하여 측정하였다.MI2 and HLMI were measured by performing the method of standard test ASTM-D-1238 under respective loads of 2.16 kg and 21.6 kg at a temperature of 190 ° C.
큰 소공의 메조다공성 물질 S2를 주성분으로 하는 촉매는 S1 메조다공성 지지체를 주성분으로 하는 촉매보다 더 높은 활성을 갖는 것으로 관찰된다. 7 nm 이상의 소공을 지닌 메조다공성 지지체는 고도의 활성을 지닌 촉매를 생성시키는 경향이 있다.Catalysts based on large pore mesoporous material S2 are observed to have higher activity than catalysts based on S1 mesoporous support. Mesoporous supports with pore sizes greater than 7 nm tend to produce catalysts with high activity.
비교예 1Comparative Example 1
MCM-41 지지체를 주성분으로 하는 지지된 크롬계 중합 촉매Supported Chromium-Based Polymerization Catalyst Based on MCM-41 Support
2개의 크롬계 촉매는 MCM-41 메조다공성 실리카 지지체를 사용하여 제조하고, 문헌[Chem. Eur. J., No. 16, 6, 2000, p. 2960~2970]에 개시된 방법을 수행하였다. 크롬 아세틸 아세토네이트[Cr(acac)3] 착물은 2개의 메조다공성 결정 물질, 즉 Si/Al 몰비가 27인 Al 함유 실리카 지지체(CR3) 및 순수한 실리카 지지체(CR4)의 표면 상에 침착시켰다. 이렇게 하여 얻어진 촉매는 불량한 형태를 가지며, 팰릿화한 후, 350~500 마이크론의 크기로 분쇄하여야 했다.Two chromium-based catalysts are prepared using MCM-41 mesoporous silica support and described in Chem. Eur. J., No. 16, 6, 2000, p. 2960-2970. Chromium acetyl acetonate [Cr (acac) 3 ] complexes were deposited on the surfaces of two mesoporous crystalline materials, namely Al containing silica support (CR3) with a Si / Al molar ratio of 27 and pure silica support (CR4). The catalyst thus obtained had a poor form and had to be milled to a size of 350 to 500 microns after pelletizing.
이어서, 활성화는 석영 튜브 활성화기 내에서 수행하였다. 촉매를 가열하고, 200 NI/h의 무수 공기 흐름으로 6 시간 동안 650℃의 온도에서 유지하였다. 실온으로 냉각시키는 동안, 온도가 400℃에 도달했을 때, 공기를 무수 질소로 교체하였다. 활성화된 촉매는 황색였고, 오염을 피하기 위해서 무수 질소 하에 저장하였다.Activation was then performed in a quartz tube activator. The catalyst was heated and maintained at a temperature of 650 ° C. for 6 hours with a dry air flow of 200 NI / h. While cooling to room temperature, when the temperature reached 400 ° C., the air was replaced with anhydrous nitrogen. The activated catalyst was yellow and stored under dry nitrogen to avoid contamination.
중합은 4 리터 스테인레스 스틸 오토클레이브에서 수행하였다. 촉매를 질소흐름 하에서 투명한 무수 용기에 도입하였다. 반응기를 닫고, 이소부탄 2 l를 용기에 도입하였다. 시스템을 104℃에서 교반 하에 가열하고, 이어서 에틸렌을 시스템 내로 도입하였다. 전체 압력은 에틸렌 약 6 중량%을 이소부탄 내에 용해시키기 위해서 31.4 bar로 유지하였다. 중합 반응 동안, 전체 압력을 31.4 bar의 일정한 값으로 유지하기 위해서 에틸렌을 시스템에 첨가하였다. 시스템의 균질성 및 충분한 에틸렌 용해를 보장하기 위해서 반응 지속시간 동안 450 rpm에서의 연속 교반을 유지하였다.The polymerization was carried out in a 4 liter stainless steel autoclave. The catalyst was introduced into a transparent anhydrous vessel under nitrogen flow. The reactor was closed and 2 l of isobutane were introduced into the vessel. The system was heated at 104 ° C. under stirring and then ethylene was introduced into the system. The total pressure was maintained at 31.4 bar to dissolve about 6% by weight of ethylene in isobutane. During the polymerization reaction, ethylene was added to the system to maintain the total pressure at a constant value of 31.4 bar. Continuous stirring at 450 rpm was maintained for the duration of the reaction to ensure homogeneity of the system and sufficient ethylene dissolution.
결과는 하기 표 4에 요약 기재한다.The results are summarized in Table 4 below.
MI5는 190℃의 온도에서 하중 5 kg 하에 표준 데스트 ASTM-D-1238의 방법을 수행하여 측정하였다. SR5는 HLMI/MI5의 비율로서 정의한다.MI5 was measured by performing the method of standard test ASTM-D-1238 under a load of 5 kg at a temperature of 190 ° C. SR5 is defined as the ratio of HLMI / MI5.
벌크 밀도는 표준 테스트 U.O.P. 294-88의 방법을 수행하여 측정하였다.Bulk density is standard test U.O.P. It was measured by following the method of 294-88.
알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 지지된 크롬계 촉매를 사용하여 수행한 중합은 종래 기술의 촉매 시스템보다 훨씬 더 높은 활성을 지녔다. 특정한 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 본 발명의 촉매 시스템의 우수한 형태는 촉매의 활성화 동안 보다 우수한 유동화를 유도하므로 보다 높은 활성을 유도할 것으로생각된다. 또한, 본 발명에서 제2 소공은 반응물의 우수한 확산을 발생시킬 뿐만 아니라 우수한 활성도 발생시킨다.As can be seen, the polymerizations carried out using the supported chromium-based catalysts of the present invention had much higher activity than prior art catalyst systems. While not wishing to be bound by any particular theory, it is believed that the superior form of the catalyst system of the present invention induces better fluidization during activation of the catalyst and therefore leads to higher activity. In addition, in the present invention, the second pores not only generate excellent diffusion of the reactants but also generate excellent activity.
보다 우수한 입자 형태로 인하여, 플러프 형태는 적어도 표준 실리카 촉매에 의해 얻어지는 것과 필적하고, 정상적인 메조다공성 MCM-유형 물질로 얻은 것보다 훨씬 더 우수하다.Due to the better particle morphology, the fluff morphology is at least comparable to that obtained by standard silica catalysts, and much better than that obtained with normal mesoporous MCM-type materials.
실시예 6Example 6
지지체 S1을 주성분으로 하는 지지된 메탈로센 촉매 시스템 M1의 제조Preparation of Supported Metallocene Catalyst System M1 Based on Support S1
건조된 메조다공성 지지체 S1 6.05 g을 톨루엔 100 ml 중에 현탁시켜서 황색 현탁액을 형성시켰다. 메틸알루목산(MAO)의 30 중량% 용액 15.5 ml를 상기 현탁액에 적가하고, 이것을 교반 및 질소 환류 하에 4 시간 동안 반응시켰다. 현탁액을 여과하였는데, 모액에는 MAO가 전혀 발견되지 않았다. 건조 단계를 용이하게 하기 위해서 침전물을 톨루엔 50 ml로 2회 세척하고, 펜탄으로 3회 세척하였다. 이어서, 고체를 20 mbar의 적당한 압력 하에 밤새 건조시켰다. 백색 자유 유동 분말 11.22 g을 얻었다.6.05 g of dried mesoporous support S1 was suspended in 100 ml of toluene to form a yellow suspension. 15.5 ml of a 30% by weight solution of methylalumoxane (MAO) was added dropwise to the suspension, which was reacted for 4 hours under stirring and reflux of nitrogen. The suspension was filtered and no MAO was found in the mother liquor. The precipitate was washed twice with 50 ml of toluene and three times with pentane to facilitate the drying step. The solid was then dried overnight under moderate pressure of 20 mbar. 11.22 g of a white free flowing powder were obtained.
MAO와 반응한 지지체 5.01 g을 톨루엔 100 ml 중에 현탁시켰다. 테트라히드로인데닐 지르코늄 디클로라이드 0.203 g을 현탁액에 부어 넣었는데, 오렌지색으로 변하였다. 반응을 2 시간 동안 진행시켰다. 이어서, 반응물을 여과하여 무색 여과물을 얻었는데, 이것은 지지체 상에 메탈로센 전체 양이 우수하게 고정된 결과이다. 침전물을 톨루엔 50 ml로 2회 세척하고, 펜탄으로 3회 세척하였다. 이어서, 20 mbar의 중간 진공 하에 2 시간 정도 건조시켰다. 담황색 분말 5.03 g을 분리하였다.5.01 g of the support reacted with MAO were suspended in 100 ml of toluene. 0.203 g of tetrahydroindenyl zirconium dichloride was poured into the suspension, which turned orange. The reaction was run for 2 hours. The reaction was then filtered to give a colorless filtrate, which resulted in a good fixation of the total amount of metallocene on the support. The precipitate was washed twice with 50 ml of toluene and three times with pentane. It was then dried for about 2 hours under a medium vacuum of 20 mbar. 5.03 g of pale yellow powder was isolated.
실시예 7Example 7
메탈로센 촉매 시스템 M1은 수소를 사용하는 조건 및 사용하지 않는 조건 하에 에틸렌과 헥센 공단량체를 공중합시키는 데 사용하였다. 중합 조건 및 결과는 하기 표 5에 요약 기재한다.Metallocene catalyst system M1 was used to copolymerize ethylene and hexene comonomers under and without hydrogen. Polymerization conditions and results are summarized in Table 5 below.
비교예 2Comparative Example 2
지지된 메탈로센 촉매 M2는 실시예 6의 방법을 수행하여 제조하였는데, 단 지지체는 소공 부피가 1.6 cm3/g이고 비표면적이 300 m2/g인 표준 실리카였고, 테트라히드로인데닐을 0.203 g에서 0.3 g으로 대체하여 사용했다는 점을 예외로 한다. 상기 촉매는 수소를 사용하는 조건 및 사용하지 않는 조건 하에 에틸렌을 헥센 공단량체와 공중합시키는 데 사용하였다. 중합 조건 및 결과는 하기 표 5에 요약 기재한다.The supported metallocene catalyst M2 was prepared by following the method of Example 6, except that the support was standard silica having a pore volume of 1.6 cm 3 / g and specific surface area of 300 m 2 / g, and tetrahydroindenyl 0.203 The exception is that g is used instead of 0.3 g. The catalyst was used to copolymerize ethylene with hexene comonomers under and without hydrogen. Polymerization conditions and results are summarized in Table 5 below.
상기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매 시스템의 활성은 메탈로센의 양이 비교예에서 50% 더 높지만 종래 기술의 촉매 시스템의 활성보다 훨씬 더 높다.As can be seen in Table 5 above, the activity of the catalyst system according to the present invention is 50% higher in the amount of metallocene in the comparative example but much higher than the activity of the catalyst system of the prior art.
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